Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

THE PUMPING FUNCTION OF THE HEART OF CHILDREN WITH DIFFERENT TYPES OF BLOOD CIRCULATION DURING FUNCTIONAL LOADS

Petrova V.К. 1 Vanyushin Yu.S. 2
1 Kazan (Privoljskiy district) federal university institute of physical culture sport and reconstructive medicine
2 Kazan State Agrarian University
The authors studied the peculiarities of cardiac activity in 9-12-year-old children during orthostatic test and ergometric bicycle exercises with increasing loads. The physiological evaluation of condition of the pumping function of the heart was held on the ground of analysis of following indices: heart rate, stroke volume of blood, minute volume of blood. The studies showed that before load the least indices of the pumping function of the heart (heart rate, stroke volume of blood, minute volume) were recorded in the group of children with hypokinetic type of blood circulation. The greatest indices were recorded in the group of children with hyperkinetic type of blood circulation. The greatest stroke volume during physical exercises with increasing loads revealed itself in 11-12-year-old boys with hypokinetic and eukinetic types of blood circulation. The forming of reactions of plumping function of the heart to functional load in 9-12-year-old children is determined with initial type of blood circulation.
orthostatic test
ergometric bicycle exercise
hemodynamic
pumping function of the heart
types of blood circulation
functional load
1. Vanyushin, Yu.S. Adaptatsiya kardioresperatornoy sistemy spotsmenov rasnykh vidov sporta i vosrasta k fizicheskoy nagruzke. [Adaptation reactions of cardiorespiratory system under different kind of muscular exercising]. Kazan. Taglimat, 2003. 128 p.
2. Vanyushin, Yu.S. Kompensatorno-adaptsyonnye reaktsii kardioresperatornoy sistemy.[Adaptation reactions of cardiorespiratory system]. Kazan. Taglimat, 2001. 323 p.
3. Zemtsovskiy E.V. Funktsionalnaya diagnostika sostoyania vegetativnoy nervnoy sistemy [The functional diagnostics of condition of vegetative nervous system]. St Petersburg. Inkart, 2004. 80 p.
4. Ivanov V.S. Osnovy matematicheskoy statistiki. [Fundamentals of mathematical statistics]. Moscow. Physical training and sport, 1990. 165 p.
5. Pushkar U.T., Bolshov B.M, Kheymets G.I. Opredelenie serdechnogo vybrosa metodom tetropolyarnoy grudnoy reografii i ego metrologicheskie vozmozhnosti. [Definition the heart output by means of tetrapolar chest rheography and its metrological possibilities]. Kardiologiya [Cardiology], 1977, no. 7, pp. 85-90.
6. Savitskiy N.I. Biofizicheskie osnovy krovoobrascheniya i klinicheskie metody izucheniya gemodinamiki [Biophysical basics of blood circulation and clinical methods of studying of hemodynamic]. 1997. 311 p.
7. Khayrulin R.R., Kosareva O.V. Vliyanie fizicheskoy nagruzki povyshayuscheysya moschnosti na pokasateli kardioresperatornoy sistemy sportsmenov s razlichnymi tipologicheskimi osobennostyami krovoobrascheniya [The influence of increasing load to indices of cardiorespiratory system of sportsmen with different typological peculiarities of blood circulation]. Fundamentanye issledovaniya [Fundamental studies], 2001, no. 10, pp. 393-396.
8. Shkhvatsabaya I.K., Konstantinov E.N., Gundarev I.A. O novom podkhode k ponimaniyu gemodinamicheskoy normy [About new approach to understanding of hemodynamic sample], Kardiologiya [Cardiology], 1981, no. 3. pp. 10-14.

Выявленные Н.И. Савицким [6], а в дальнейшем и другими авторами [1, 2, 7, 8] типы кровообращения подвели ученых к новому взгляду на исследование системы кровообращения. В основу деления на типы кровообращения (ТК) был положен расчет сердечного индекса (СИ), в результате которого группы испытуемых разделились на гипокинетический тип кровообращения (ГТК), характеризующийся низким значением СИ и относительно высокими величинами общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС) и удельного периферического сосудистого сопротивления (УПСС); гиперкинетический тип кровообращения (ГрТК), который определяется высокими значениями СИ, ударного индекса (УИ), минутного объема кровообращения (МОК), ударного объема крови (УОК) и низкими ОПСС и УПСС; эукинетический тип кровообращения (ЭТК), занимающий промежуточное положение между вышеперечисленными типами кровообращения. Испытуемые, относящиеся к различным ТК, по-разному реагируют на функциональные нагрузки [3]. Однако в большинстве своем исследователи для изучения реакций системы кровообращения применяли одну из функциональных нагрузок.

Целью наших исследований было изучить влияние активной ортостатической пробы и велоэргометрической нагрузки повышающейся мощности на насосную функцию сердца в группах детей с различными типами кровообращения.

Материалы и методы исследований

В исследованиях принимали участие дети 9 – 12 лет мужского и женского пола, которые были разделены на четыре группы: 9 – 10 и 11 – 12 лет. Всего в обследовании участвовало 104 ребенка. В каждой возрастно-половой группе в зависимости от величины СИ исследуемые делились на три подгруппы с различными типами кровообращения: ГрТК – с высокими значениями СИ, ГТК – с низкими и ЭТК со средними значениями СИ. Определение типов кровообращения проводили по методике И. К. Шхвацабая с соавт. [8].

По электрокардиограмме, записанной в I отведении по Небу, находили ЧСС; по дифференциальной реограмме определяли УОК и МОК, которые рассчитывали по формуле В. Кубичека с соавт. в модификации Ю.Т. Пушкаря [5]. Регистрация дифференциальной реограммы осуществлялась автоматически при помощи аналого-цифрового преобразователя АД – 128 в комплекте с компьютером АТ Pentium. В наших исследованиях дети выполняли нагрузки ступенчато повышающейся мощности на велоэргометре ЭРГ-3 Казанского «Медфизприбора» без пауз отдыха.

Физиологическая оценка состояния насосной функции сердца проводилась на основании анализа следующих показателей:

ЧСС – частоты сердечных сокращений, уд/мин;

УОК – ударного объема крови, мл;

МОК – минутного объема кровообращения, л/мин.

Показатели фиксировались в состоянии покоя, при выполнении ортостатической пробы и физической нагрузки повышающейся мощности на велоэргометре.

При активной ортостатической пробе испытуемые самостоятельно меняли положение лежа на положение стоя. Продолжительность ортостатической пробы у детей была ограничена до 5 минут. Показатели ЧСС, УОК и МОК фиксировались в положении лежа и стоя на каждой из 5 последующих минут.

На велоэргометре нагрузка подбиралась индивидуально из расчета 0.50, 1.00 и 1.50 Вт/кг. Частота педалирования была постоянной и равнялась 60 об/мин. Длительность каждой ступени составляла 3 мин, т.к. считают, что этого времени достаточно для наступления устойчивого состояния сердечно-сосудистой системы.

Статистическая обработка полученных результатов проводилась в соответствии с общепринятыми методами вариационной статистики [4]. Для оценки достоверности различий нами использовались значения критерия t Стьюдента.

Результаты исследований и их обсуждение

Перед нагрузкой наименьшие показатели насосной функции сердца (ЧСС, УОК и МОК) были зарегистрированы в группах детей с гипокинетическим типом кровообращения, а наибольшие – в группах детей с гиперкинетическим типом, независимо от возрастно-половых различий (табл. 1, 2). Так, в группах мальчиков во всех случаях, кроме двух, отмечалась аналогичная закономерность, а в группах девочек – кроме одного случая. По-видимому, как следует из результатов наших исследований и литературных источников, это характерно для лиц с ГТК и ГрТК.

Таблица 1

Изменение показателей насосной функции сердца в группах мальчиков 9–10 (n = 22) и 11–12 (n = 31) лет при активной ортостатической пробе (0) и физической нагрузке (ФН)

показа тель

нагрузка

возраст

ГТК

ЭТК

ГрТК

покой

нагрузка

покой

нагрузка

покой

нагрузка

ЧСС

уд/мин

О

9 - 10

82.2 ± 3.00

96.91 ± 2.10*

83.80 ± 1.30

94.72 ± 1.50*

84.24 ± 2.10

96.72 ± 3.61

ФН

9 - 10

82.41 ± 4.08

145.21 ± 3.99*

98.23 ± 3.13

157.79 ± 4.41*

115.00 ± 2.00٧

147.89 ± 0.07

О

11 - 12

76.40 ± 3.10

97.32 ± 3.50*

77.32 ± 1.21

91.12 ± 1.30*

83.23 ± 2.51

95.31 ± 1.40

ФН

11 - 12

78.55 ± 2.62

131.60 ± 5.31*

84.32 ± 2.44

138.63 ± 2.29*

90.77 ± 4.48٧

140.29 ± 7.17

УОК

мл

О

9 - 10

33.04 ± 2.60

25.60 ± 2.51

41.31 ± 1.70

30.8 ± 1.21*

57.41 ± 2.50٧

33.20 ± 2.40

ФН

9 - 10

39.89 ± 2.30

45.21 ± 4.21

41.79 ± 1.92

38.33 ± 1.94

47.98 ± 2.10٧

33.91 ± 2.31

О

11 - 12

36.30 ± 3.10

36.62 ± 1.90

49.74 ± 1.70

32.90 ± 1.30*

62.10 ± 3.41٧

31.60 ± 2.60

ФН

11 - 12

40.84 ± 3.20

56.36 ± 5.20*

46.03 ± 1.76

59.77 ± 3.84*

48.09 ± 1.35

47.34 ± 2.53

МОК

л/мин

О

9 - 10

2.71 ± 0.20

2.30 ± 0.32

3.42 ± 0.11

2.90 ± 0.10*

4.82 ± 0.20٧

3.21 ± 0.30

ФН

9 - 10

3.24 ± 0.13

6.56 ± 0.61*

4.06 ± 0.12

6.03 ± 0.32*

5.54 ± 0.21٧

5.01 ± 0.33

О

11 - 12

2.83 ± 0.31

3.60 ± 0.20

3.80 ± 0.11

2.93 ± 0.11*

5.20 ± 0.30٧

3.05 ± 0.30

ФН

11 - 12

3.15 ± 0.16

7.34 ± 0.61*

3.85 ± 0.13

8.27 ± 0.40*

4.34 ± 0.24٧

6.65 ± 0.53

Примечание:

* – статистическая достоверность различий между результатами, полученными в условиях покоя и нагрузки;

٧ – статистическая достоверность различий между результатами групп детей гипокинетического и гиперкинетического типов кровообращения

Таблица 2

Изменение показателей насосной функции сердца в группах девочек 9–10 (n = 25) и 11–12 лет (n = 25) при активной ортостатической пробе (0) и физической нагрузке (ФН)

показа- тель

нагрузка

возраст

ГТК

ЭТК

ГрТК

покой

нагрузка

покой

нагрузка

покой

нагрузка

ЧСС

уд/мин

О

9 - 10

79.72 ± 2.10

96.6 ± 4.12*

82.30 ± 1.60

94.92 ± 2.01*

88.0 ± 2.90٧

91.30 ± 3.32

ФН

9 - 10

83.89 ± 2.03

155.34 ± 4.96*

95.38 ± 2.81

156.38 ± 3.05*

103.41 ± 5.38٧

144.83 ± 0.23*

О

11 - 12

75.82 ± 2.70

91.60 ± 2.82*

78.32 ± 1.31

89.51 ± 1.40*

79.32 ± 2.51

89.21 ± 1.70*

ФН

11 - 12

83.76 ± 1.68

154.58 ± 4.45*

91.82 ± 2.97

161.81 ± 6.94*

104.17 ± 5.45٧

167.81 ± 5.55*

УОК

мл

О

9 - 10

27.93 ± 1.50

30.21 ± 2.02

41.63 ± 1.40

27.40 ± 1.40*

52.82 ± 3.71٧

30.82 ± 2.60*

ФН

9 - 10

32.47 ± 1.58

38.73 ± 5.63

38.48 ± 1.40

42.83 ± 5.57

41.19 ± 3.44٧

41.38 ± 3.79

О

11 - 12

42.70 ± 3.80

40.2 ± 3.51

53.02 ± 2.20

33.9 ± 1.41*

70.42 ± 3.02٧

33.21 ± 2.21*

ФН

11 - 12

45.00 ± 2.27

51.11 ± 3.49

47.64 ± 2.22

53.23 ± 5.79*

56.50 ± 2.00٧

46.62 ± 3.55

МОК

л/мин

О

9 - 10

2.23 ± 0.11

2.93 ± 0.20*

3.43 ± 0.11

2.61 ± 0.11*

4.71 ± 0.42٧

2.82 ± 0.31*

ФН

9 - 10

2.74 ± 0.18

5.89 ± 0.74*

3.67 ± 0.18

6.60 ± 0.82*

4.22 ± 0.24٧

5.99 ± 0.88*

О

11 - 12

3.21 ± 0.30

3.72 ± 0.31

4.10 ± 0.21

3.04 ± 0.11*

5.60 ± 0.23٧

3.05 ± 0.21*

ФН

11 - 12

3.76 ± 0.18

7.92 ± 0.71*

4.34 ± 0.15

8.49 ± 0.92*

5.88 ± 0.36٧

7.84 ± 0.71*

Примечание:

* – статистическая достоверность различий между результатами, полученными в условиях покоя и нагрузки;

٧ – статистическая достоверность различий между результатами групп детей гипокинетического и гиперкинетического типов кровообращения

Эукинетический тип кровообращения по изучаемым показателям занимал промежуточное положение.

При выполнении испытуемыми функциональных нагрузок ЧСС увеличивалась независимо от возрастно-половых особенностей и вида нагрузок. Однако степень увеличения ЧСС, выраженная в процентах, уменьшалась от гипокинетического к гиперкинетическому типу кровообращения. Причиной этого, на наш взгляд, явились исходно большие значения ЧСС перед нагрузкой у лиц с ГрТК. Из этого следует, что начальное состояние организма во многом определяет характер последующих его реакций. Эта зависимость в биологии и медицине известна как «закон исходного значения». Обнаружение нами связи между реакцией кровообращения на функциональные нагрузки и исходным состоянием показателей насосной функции сердца содержит в себе все свойства «закона исходного значения», который показывает, что чем выше исходная активность, тем менее выражена реакция на активирующие стимулы.

Показатели УОК и МОК в результате применения функциональных нагрузок в исследуемых группах изменялись разнонаправленно. Так, ударный выброс при ортостатической пробе в группах детей с ЭТК и ГрТК уменьшался на достоверную величину независимо от обследуемых возрастно-половых групп. Однако в группе детей с гипокинетическим ТК наблюдалась неизменность или тенденция к уменьшению УОК независимо от возрастно-половых особенностей детей исследуемых групп.

При физической нагрузке нарастающей мощности больший УОК оказались способны проявлять мальчики в возрасте 11–12 лет с ГТК и ЭТК. В остальных случаях повышение УОК носило недостоверный характер. Подключение механизма Франка-Старлинга при ГТК во время физической нагрузки свидетельствовало о более экономичном характере адаптации. А при гиперкинетическом ТК во время адаптации к физической нагрузке это происходило за счет ино- и хронотропной функции миакарда без подключения механизма Франка-Старлинга [3].

Сердечный выброс в наших исследованиях при ортостатической пробе уменьшался, а при выполнении физической нагрузки увеличивался в группах детей с ЭТК и ГрТК, кроме как в группе мальчиков с ГрТК. В группе детей с ГТК наблюдалось увеличение МОК при выполнении ими физической нагрузки, а при смене положения тела отмечалась тенденция к уменьшению МОК, но чаще всего нами регистрировалось увеличение сердечного выброса, особенно в результате применения физических нагрузок повышающейся мощности.

На основании полученных нами экспериментальных данных показателей МОК и УОК «закон исходного значения» получил следующую интерпретацию: исходно меньшим значениям этих показателей соответствовали менее выраженные изменения, а исходно большим – значительные.

Заключение

Таким образом, как показали проведенные исследования, перед нагрузкой наименьшие показатели насосной функции сердца (частота сердечных сокращений, ударный объем крови и минутный объем кровообращения) были зарегистрированы в группах детей с гипокинетическим типом кровообращения, а наибольшие – в группах детей с гиперкинетическим типом, при физической нагрузке нарастающей мощности больший ударный объем крови оказались способны проявлять мальчики в возрасте 11–12 лет с гипокинетическим и эукинетическим типом кровообращения. Формирование реакций насосной функции сердца у детей 9–12 лет на функциональные нагрузки определяется исходным типом кровообращения.

Рецензенты:

Шайхелисламова М.В., д.б.н., профессор, профессор кафедры анатомии, физиологии и охраны здоровья человека ФГАОУ ВПО «Казанский федеральный университет», Министерство образования и науки РФ, г. Казань;

Усенко В.И., д.б.н., профессор, зав. кафедрой «Фармакология и токсикология» ФГБОУ ВПО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э.Баумана», Министерство сельского хозяйства, г. Казань.

Работа поступила в редакцию 04.06.2014.